Zooxantelle

Zooxantelle o zooxanthellae è un termine generico utilizzato per indicare diversi microrganismi fotosintetici unicellulari (microalghe) che vivono tipicamente in simbiosi mutualistica con organismi marini bentonici e planctonici come i polipi dei coralli duri o madrepore, ma anche con meduse, anemoni di mare, spugne, molluschi, platelminti, foraminiferi e radiolari;^[1] la loro presenza è limitata all'interno della zona fotica.

Fotografia al microscopio ottico delle zooxantelle Symbiodinium

La microalga dinoflagellata Symbiodinium, la zooxantella che vive in endosimbiosi dentro i tessuti dei coralli che costruiscono le barriere coralline

Per lo più si tratta di alghe unicellulari dinoflagellate (le più note sono quelle del genere Symbiodinium^[2]), ma esistono anche alcune specie di crisoficee, criptoficee e bacillarioficee che svolgono una simbiosi dello stesso genere.^[3][4]

Biologia ed ecologia

La simbiosi a cui danno origine le zooxantelle è una tipica endosimbiosi: il simbionte vive all'interno del corpo dell'ospite. Ciò accade anche nel caso di ospiti unicellulari.

Negli strati superficiali dei mari caldi le zooxantelle si sviluppano assorbendo il diossido di carbonio liberato dall'ospite e forniscono in cambio diverse sostanze nutrienti.^[5][6]

Zooxantelle e coralli

Polipo del corallo Porites. La colorazione verdastra del polipo è dovuta alla presenza delle zooxantelle endosimbionti che vivono in abbondanza dentro i tessuti del polipo

I più noti organismi che ospitano zooxantelle sono i coralli duri (madrepore o sclerattinie) che costruiscono le barriere coralline. Le microalghe (le più note sono quelle del genere Symbiodinium) crescono nei tessuti vivi del corallo. Poiché i coralli sono predatori, il significato delle zooxantelle endosimbionti non è direttamente nutritivo ma lo è indirettamente in quanto esse forniscono con le loro secrezioni sostanze utili al metabolismo dell’animale, producendo ossigeno ed eliminando i metaboliti del corallo; è stato osservato che le zooxantelle contribuiscono a oltre il 90% del fabbisogno energetico dei coralli che le ospitano. Quindi la presenza delle zooxantelle è fondamentale per i coralli: si tratta di una simbiosi obbligata; senza le microalghe, i coralli che costruiscono le barriere coralline non potrebbero sopravvivere a lungo, e di conseguenza non esisterebbero le barriere coralline.

È stato dimostrato che le zooxantelle che vivono in endosimbiosi con i coralli costruttori sono essenziali per la fissazione del carbonato di calcio, materiale che costituisce l'esoscheletro dei coralli: infatti le microalghe aiutano i processi di calcificazione dello scheletro del corallo. I coralli non provvisti di zooxantelle simbionti non riescono da soli a fissare quantità di carbonato di calcio tali da formare barriere coralline, l’endosimbiosi con le microalghe è pertanto fondamentale per l’edificazione delle barriere coralline: senza le zooxantelle che vivono nei tessuti dei coralli quindi le barriere coralline non esisterebbero.

Una barriera corallina tropicale. La colorazione di questo corallo e la capacità di costruire un esoscheletro di carbonato di calcio così grandi ed estesi è dovuta alla presenza delle zooxantelle. Grazie alle zooxantelle i coralli tropicali riescono a crescere in grandi dimensioni e a deporre grandi quantità di carbonato di calcio con il quale costruire i loro esoscheletri, è quindi grazie alle zooxantelle che esistono le grandi barriere coralline. A causa della necessità delle zooxantelle di vivere esposte alla luce in ambienti ben illuminati per effettuare la fotosintesi, le barriere coralline crescono solo in acque poco profonde e ben illuminate dalla luce del sole

Essendo le zooxantelle organismi autotrofi che necessitano di abbondante luce solare per effettuare la fotosintesi, ed essendo la loro presenza fondamentale per l’edificazione della barriera corallina, i coralli tropicali richiedono rigide condizioni di profondità, di luminosità, di trasparenza dell’acqua e di temperatura per poter formare le barriere coralline. I coralli non ermatipici (cioè sprovvisti di zooxantelle) sono infatti diffusi anche in mari non tropicali ed a profondità considerevoli, però non sono capaci di formare delle costruzioni paragonabili alle barriere coralline tropicali.

La presenza delle zooxantelle, e la necessità di luce solare per effettuare la fotosintesi, costringe i coralli costruttori di barriera corallina a crescere in acque costiere superficiali poco profonde e ben illuminate; è per questo motivo che le barriere coralline tropicali si trovano solo a basse profondità in zone ben illuminate.

La madrepora cuscino (Cladocora caespitosa), unico corallo costruttore del Mediterraneo che ospita zooxantelle endosimbionti

Nel Mar Mediterraneo esiste una sola specie di corallo costruttore che ospita zooxantelle endosimbionti: la madrepora cuscino (Cladocora caespitosa), che proprio grazie a queste microalghe è capace di dare luogo a grandi strutture carbonatiche ecologicamente simili alle barriere coralline tropicali.

Sbiancamento dei coralli

Gli effetti del fenomeno dello sbiancamento dei coralli

Una delle minacce più importanti per le barriere coralline negli ultimi anni è il cosiddetto fenomeno dello sbiancamento dei coralli (coral bleaching), sempre più frequente e dannoso a causa dei recenti cambiamenti climatici globali e del riscaldamento globale. Lo sbiancamento dei coralli è un fenomeno che si verifica quando i coralli espellono le zooxantelle, facendoli apparire bianchi o molto chiari. Questo processo è spesso innescato da stress ambientali, come l'aumento della temperatura dell'acqua, l'acidifcazione dei mari o l'inquinamento. Questo fenomeno è quindi molto dannoso per l'ecosistema della barriera corallina, dal momento che le zooxantelle forniscono ai coralli fino al 90% del loro fabbisogno energetico attraverso la fotosintesi, e partecipano attivamente alla biocostruzione della struttura carbonatica.

Temperature elevate, anche di pochi gradi, possono stressare i coralli e indurli a espellere le zooxantelle. In genere il fenomeno dello sbiancamento si verifica quando la temperatura dell'acqua si mantiene a lungo oltre i 30 °C. Questo è molto preoccupante soprattutto in un'ottica di cambiamenti climatici e di riscaldamento globale: i fenomeni di sbiancamento dei coralli potrebbero aumentare sempre di più a causa del progressivo aumento delle temperature, con effetti devastanti per la biodiversità e per l'ecosistema.

Le conseguenze dello sbiancamento sono diverse. Innanzitutto si ha perdita di colore: i coralli perdono il loro colore vivace e appaiono bianchi o pallidi. Se lo stress persiste, i coralli possono morire di fame, poiché le zooxantelle forniscono loro gran parte dell'energia. Lo sbiancamento dei coralli può portare alla perdita di specie marine che dipendono dalle barriere coralline per il cibo e il riparo, comportando quindi un drastico calo di biodiversità. Molte popolazioni umane dipendono dalle barriere coralline per il turismo, la pesca e la protezione dalle tempeste, quindi lo sbiancamento può avere anche gravi conseguenze economiche e sociali, oltre che ecologiche ed ambientali.

Zooxantelle e anemoni di mare

L'anemone di mare Anemonia viridis, molto comune nel Mediterraneo, ospita zooxantelle endosimbionti

Anche alcune specie di anemoni di mare o attinie ospitano zooxantelle endosimbionti.

Un classico esempio è Anemonia viridis, una specie di anemone di mare molto diffusa nelle acque costiere del Mediterraneo a bassissime profondità. La presenza delle zooxantelle limita la distribuzione di questo organismo in acque poco profonde e ben esposte alla luce del sole.

Zooxantelle e molluschi

Il colore bluastro di queste tridacne è dovuto all'abbondanza di zooxantelle simbionti

Le zooxantelle vivono endosimbionti in abbondanza anche entro i tessuti dei molluschi.

Ad esempio, il colore blu vivo delle tridacne, grandi molluschi bivalvi diffusi nelle barriere coralline tropicali, è dovuto proprio alla presenza di numerose zooxantelle. A causa della presenza di zooxantelle, che necessitano di luce per la fotosintesi, le tridacne possono crescere solo in acque basse e ben illuminate.